恒功率超聲波焊接發(fā)生器電源超聲波電源系統(tǒng)是一種工作在諧振頻率將電能轉(zhuǎn)化為超聲能的裝置,其核心就是頻率跟蹤控制和功率調(diào)節(jié)控制.但換能器的溫度,剛度變化都會引起諧振頻率漂移現(xiàn)象,它不僅會降低系統(tǒng)工作效率,還會損壞電路元器件.為了解決此問題,提出了一種基于FPGA的諧振自動跟蹤策略,將快速傅里葉變換(FFT)算法與模糊比例積分微分(PID)控制算法相結(jié)合,能夠快速捕捉到系統(tǒng)的最佳工作頻率.

首先,恒功率超聲波焊接發(fā)生器電源將采樣得到的電壓,電流時域信號經(jīng)過FFT算法處理后轉(zhuǎn)換為頻域信號,得到其相位信息.然后將相位差和輸出功率作為模糊PID控制器的輸入來實現(xiàn)諧振自動跟蹤.此外,還設(shè)計了一種連續(xù)可調(diào)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),根據(jù)采樣反饋信號設(shè)定阻抗網(wǎng)絡(luò)匹配的參數(shù).最后,搭建實驗平臺驗證了所提控制策略的有效性和準(zhǔn)確性.

恒功率超聲波焊接發(fā)生器電源其由硬件電路和軟件程序兩部分組成,硬件電路包括:依次連接在一起的電壓電流采樣電路,帶通濾波電路,鑒相電路(采集電壓和電流的相位差,實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)),STM32芯片和IGBT驅(qū)動電路以及與STM32芯片連接在一起的顯示屏,模糊PI控制技術(shù)以軟件程序的形式實現(xiàn),軟件程序由STM32芯片執(zhí)行,主控程序包括:系統(tǒng)初始化程序,顯示屏程序,相位差信息捕獲程序和PWM頻率控制輸出程序(包括:PWM輸出程序和模糊PI算法程序).